La creación de prototipos es un paso fundamental en el desarrollo de nuevos productos. Consiste en crear muestras de un producto y probarlas en condiciones reales según métricas de rendimiento específicas. La creación de prototipos es una decisión financieramente acertada, ya que la producción solo se incrementa cuando los prototipos demuestran su éxito.
Los prototipos se prueban en diferentes condiciones que se ajustan al entorno operativo del producto final. A continuación, el diseño se itera varias veces hasta que el producto obtiene una alta puntuación en métricas importantes, que incluyen, entre otras:
- Facilidad de uso
- Resistencia a la temperatura
- Resistencia química
- Absorción de impacto
- Transmisión de luz
¿Cuáles son los métodos comunes de creación de prototipos?
Existen muchos métodos de producción de prototipos, pero los más comunes incluyen:
Moldeo por inyección de prototipos
En el moldeo por inyección de prototipos , los ingenieros comienzan creando un molde metálico que se ajusta a la pieza que desean producir. Luego, funden los materiales e inyectan las resinas fundidas en el molde a alta temperatura. Se deja que el material se enfríe y solidifique para formar las piezas.
Impresión 3D
La impresión 3D es una técnica de producción de prototipos de bajo costo, preferida por su rapidez. Las piezas se construyen capa a capa a partir de archivos CAD mediante deposición, unión o fotopolimerización . La impresión 3D produce piezas precisas para la validación del diseño, aunque solo resulta viable para la producción a pequeña escala.
Sinterizado selectivo por láser (SLS)
La sinterización selectiva por láser (SLS) permite obtener componentes resistentes y complejos sin necesidad de estructuras de soporte. El proceso comienza con un modelo CAD tridimensional dividido en capas finas que se envían a una máquina SLS. Un potente haz láser escanea el polvo de resina, fusionando gradualmente las partículas para formar la pieza deseada, que reproduce fielmente el diseño.
Mecanizado CNC
En el mecanizado CNC se emplean herramientas controladas por ordenador para fabricar piezas de precisión . Estas máquinas cortan y taladran diversos materiales, como metal y plástico, para producir componentes que son réplicas exactas de los diseños digitales. El mecanizado CNC es un pilar de la fabricación moderna gracias a su eficiencia y a la alta precisión de sus resultados.
Estereolitografía (SLA)
La estereolitografía (SLA) utiliza un rayo láser para endurecer una resina fotopolimérica líquida y convertirla en una pieza 3D precisa. El modelo digital se construye sucesivamente mediante un láser UV que endurece la resina. La SLA es muy utilizada en los campos de la medicina, la odontología y el diseño de productos. Es altamente precisa y permite obtener piezas con geometrías complejas.
Procesamiento de luz digital (DLP)
La DLP tiene muchas similitudes con la SLA, con la diferencia de que en este caso, toda la capa se expone simultáneamente a láseres UV. Un procesador de luz digital emite rayos UV sobre la resina fotopolimérica, solidificándola para formar las piezas. La producción de prototipos mediante DLP es más rápida que con SLA.
Fundición al vacío
En el moldeo al vacío , primero se crea un prototipo maestro y, a partir de él, se fabrica un molde de silicona. Este molde se utiliza posteriormente para crear otros prototipos mediante resinas de uretano. Los prototipos secundarios presentan una alta correlación geométrica con el molde original.
Fabricación de Objetos Laminados (LOM)
El proceso LOM es mucho más rudimentario que otras técnicas 3D, pero resulta económico. Consiste en unir capas del material mediante adhesivo y luego cortarlas con láser para darles forma. Es altamente fiable para la producción de piezas de gran tamaño.
Modelado de deposición fusionada (FDM)
El proceso de prototipado FDM comienza con un modelo digital en un programa CAD. Este modelo se divide en capas finas mediante un software de corte y posteriormente se introduce en una impresora FDM. La impresora expulsa un filamento termoplástico a través de una boquilla caliente para crear la pieza según el diseño del archivo CAD.
Chorro de aglutinante
La impresión por inyección de aglutinante de prototipos consiste en generar piezas directamente a partir de resinas en polvo. Los fabricantes suelen comenzar preparando los materiales en polvo y, posteriormente, añaden un agente aglutinante líquido a las resinas. A continuación, las partículas se solidifican y el proceso se repite capa tras capa. La pieza final se cura y se perfecciona mediante técnicas de acabado.
Ventajas del moldeo por inyección de prototipos en comparación con otros métodos
El moldeo por inyección de plástico hace que el proceso de creación de prototipos sea preciso, repetible y rápido. Aquí te presentamos todas sus increíbles ventajas.
Mayor velocidad de comercialización
La única ventaja competitiva ante conceptos de diseño similares entre competidores es una comercialización más rápida. El moldeo por inyección permite crear componentes que reflejan fielmente los requisitos visuales y funcionales del diseño. Por lo tanto, los lanzamientos de nuevos productos se realizan con mayor rapidez. Los prototipos moldeados por inyección permiten a los diseñadores evaluar la respuesta del mercado y realizar los ajustes necesarios para impulsar el éxito del producto.
Gestión eficiente de costes
Los métodos tradicionales de prototipado suponen una enorme carga financiera para las startups. Esto puede afectar gravemente su liquidez y llevarlas a la quiebra. Con el moldeo por inyección de bajo volumen, se pueden fabricar piezas precisas en pequeñas cantidades. Cuando la cantidad de piezas es baja y las iteraciones de diseño son frecuentes, el coste total de la impresión 3D suele ser menor; a medida que aumentan los volúmenes y se amortizan los costes de las herramientas, el coste por pieza del moldeo por inyección disminuye significativamente.
Amplia flexibilidad de materiales
Los fabricantes pueden elegir entre cientos de resinas plásticas estándar o especializadas según las especificaciones del producto. Lo mejor es probar varios materiales y encontrar opciones que mejoren los costos y el rendimiento de las piezas.
La combinación de diferentes materiales en el proceso de moldeo por inyección puede dar lugar a piezas con características híbridas. Por ejemplo, algunos materiales destacan por su resistencia al calor, mientras que otros ofrecen una mejor resistencia al impacto. Al mezclar estos materiales, el producto final combina lo mejor de ambos mundos.
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Moldeo por inyección de prototipos frente a moldeo por inyección de plástico
En ambos casos, los aspectos técnicos del proceso de moldeo por inyección son los mismos . Estos incluyen el uso de prensas de gran tonelaje y procesos de inyección y moldeo a alta presión y alta temperatura. Sin embargo, las aplicaciones son diferentes.
El moldeo por inyección de prototipos es la opción ideal para productos novedosos cuando aún no se tiene certeza sobre su aspecto y rendimiento final. Esto permite crear versiones piloto del producto y experimentar con diversas variaciones de diseño. Posteriormente, se puede optar por el moldeo por inyección de plástico cuando se encuentre el método que maximice la demanda o el rendimiento.
Volumen de producción
El moldeo por inyección de plástico es una técnica de producción a gran escala que se utiliza una vez perfeccionados el diseño, los materiales y el rendimiento. A diferencia del prototipado, que se realiza en pequeños volúmenes, el moldeo para producción en masa suele implicar volúmenes medios o altos. Se requiere un presupuesto mayor.
Fase de I+D
El moldeo por inyección de prototipos es una herramienta clave para el éxito en las fases de investigación y desarrollo de la fabricación. Permite probar la viabilidad técnica y económica del producto. El moldeo por inyección de plástico es un proceso de fabricación a gran escala que satisface la demanda en tiempo real.
Calidad del molde
En el moldeo por inyección de prototipos, los moldes se crean rápidamente para ahorrar tiempo y costes. En el moldeo por inyección para producción en masa, el proceso de diseño del molde es mucho más complejo. El molde debe soportar ciclos de producción que a menudo pueden alcanzar millones de unidades.
Eficiencia de producción
En el moldeo por inyección de plástico, el objetivo principal del proceso es la eficiencia en costos. En el moldeo por inyección de prototipos, el objetivo principal es la optimización del diseño y los materiales.
Costes y plazos de entrega
Los costes de moldeo por inyección de prototipos son mucho menores por unidad en comparación con el moldeo por inyección de plástico. Los moldes de prototipos pueden diseñarse específicamente para simular fallos y recopilar datos. El camino hacia el éxito puede ser largo y complejo, lo que incrementa los costes.
Cuándo utilizar el moldeo por inyección de prototipos:
- Al inicio del proceso de producción de un nuevo producto
- Si la demanda de producción es inferior a unos pocos miles de piezas
- Cuando necesitas personalizar un producto para un nuevo segmento de mercado
- Cuando necesites demostrar una idea de producto novedosa a los inversores
- En la etapa de experimentación de materiales
¿Cuándo utilizar el moldeo por inyección para la producción en masa?
- Tras realizar pruebas y validar que el plástico es el mejor material para su producto
- En la etapa de producción a gran escala, cuando las piezas superan las 10,000 unidades
- Al trabajar con diseños complejos o piezas multifuncionales
- Cuando necesitas aprovechar las economías de la producción a gran escala para ahorrar costos
- Cuando la trazabilidad y el cumplimiento de los estrictos requisitos del sector son cruciales
Cómo reducir los costes de moldeo por inyección de prototipos
La escasez de capital es inevitable en cualquier momento al gestionar un negocio. Afortunadamente, el moldeo por inyección de prototipos ofrece amplias oportunidades para reducir costos y mantener las operaciones en marcha. A continuación, se presentan ejemplos de cómo reducir costos al producir prototipos mediante moldeo por inyección:
Simulación de flujo de moldes
Antes del proceso de moldeo, es recomendable realizar simulaciones de todo el flujo del molde. Estas simulaciones, realizadas con software especializado de fabricación, ayudan a identificar problemas en el diseño del molde, los cuales suelen ser la causa de altas tasas de defectos. Al reducirse la tasa de errores, también disminuyen los costos por fallas.
Entre los errores comunes en el flujo del molde que aumentan los costos de producción se incluyen:
- Pandeo
- Tiros cortos
- Marcas de fregadero
- Líneas de flujo
- Rebaba
Utilice moldes multicavidad
La definición está en su nombre. Un molde único está diseñado con varias cavidades de flujo para permitir la producción de varias piezas en un solo ciclo de inyección. Los moldes multicavidad ayudan a producir miles o cientos de miles de piezas en poco tiempo. Cuando la escala de producción es grande, los costos unitarios individuales suelen ser menores.
Descartar características sobrantes
La complejidad del molde afecta directamente a los costes de producción. Al simplificar el diseño y centrarse en las características funcionales esenciales, se reduce el consumo de materiales. Esto también aumenta la velocidad del ciclo y disminuye los costes laborales. Algunas características que se pueden reducir o eliminar para recortar costes incluyen:
- Grabado de nombres y logotipos
- Acabados de alto brillo
- Rebajes complejos que causan problemas durante la eyección
- Costillas o salientes demasiado gruesos que provocan marcas de hundimiento
Elija materiales eficientes
Los mejores materiales cumplen con las especificaciones de su producto sin aumentar los costos. Los fabricantes a menudo deben elegir entre materiales estándar y materiales de alta calidad. En ocasiones, los materiales estándar, que son más económicos, ofrecen un mejor rendimiento que los materiales de alta calidad. La experimentación y la actualización constante sobre las últimas tendencias en ciencia de materiales permiten lograr una mayor eficiencia en costos.
Ajustes de parámetros de moldeo
Las herramientas de monitorización de parámetros ambientales pueden ser un recurso estratégico para optimizar la eficiencia y reducir costes. Al controlar parámetros de moldeo como la temperatura y la presión de fusión, a menudo se pueden encontrar maneras de optimizar los resultados. Para materiales como el nailon y el policarbonato, aumentar la temperatura de moldeo puede acelerar los ciclos de producción y reducir los costes.
Reducir los costos de montaje
El sobremoldeo permite ahorrar dinero en la producción de piezas complejas con múltiples superficies. Acelera la producción y elimina los costos de ensamblaje. El sobremoldeo consiste simplemente en tomar una pieza ya formada y moldear un segundo material sobre ella. Por ejemplo, se puede sobremoldear una superficie lisa sobre el tablero de un automóvil. De manera similar, se pueden sobremoldear asas y agarres sobre un recipiente para alimentos.
Elija un fabricante de confianza
Elija una empresa con equipos experimentados y un profundo conocimiento en la minimización de defectos . Asegúrese de que realicen todo internamente, ya que las transferencias en la cadena de suministro suelen generar mayores costos. Si utilizan automatización estratégica de fábrica o cuentan con redes de proveedores de materiales asequibles, mucho mejor.
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Selección de los mejores materiales para el moldeo por inyección de prototipos
Aquí tenéis una descripción general de los mejores materiales para la creación de prototipos mediante moldeo por inyección para diversos casos de uso.
Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS):
Puedes usar ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) para crear prototipos de mandos de videojuegos y electrodomésticos sin gastar una fortuna. El ABS resiste bien las altas temperaturas y las condiciones químicas adversas.
Cabe esperar que las piezas y los productos tengan un uso ilimitado en condiciones tan extremas sin romperse. Sin embargo, siempre debe tenerse cuidado con la deformación durante la creación de prototipos. Los materiales ABS tienden a enfriarse de forma irregular, lo que provoca una contracción no uniforme de las piezas.
Polietileno de Alta Densidad (HDPE)
Si el mercado demanda piezas más duraderas, el HDPE ofrece una alta resistencia con una enorme relación resistencia-densidad. La principal ventaja de los prototipos de HDPE es su estabilidad dimensional, gracias a su resistencia a la humedad.
El HDPE se comporta de forma predecible al moldear envases de alimentos y equipamiento para parques infantiles. El principal riesgo a controlar durante el moldeo de prototipos de HDPE es la contracción no uniforme.
Polietileno de baja densidad (LDPE)
Si necesita otra opción de material para prototipos económica y fácil de moldear, utilice LDEPE. A diferencia del HDPE, el moldeo por inyección de prototipos de LDPE permite obtener piezas muy flexibles y elásticas. Los prototipos de LDPE son resistentes y soportan productos químicos, pero tienen una menor resistencia a la tracción que el HDPE.
El LDPE se puede usar para crear prototipos de envases flexibles para alimentos y cubos. Sin embargo, tenga en cuenta que el LDPE se contrae mucho al exponerse a altas temperaturas, lo que lo hace poco práctico para diseños con dimensiones complejas.
Nailon (poliamida – PA)
El nailon fue el material sintético pionero en el moldeo por inyección de plástico. Actualmente, la demanda de nailon es alta debido a sus múltiples aplicaciones en bienes de consumo y piezas de automoción. Con nailon, su prototipo resiste impactos y productos químicos agresivos.
Los costes de prototipado con nailon son bajos debido a la baja viscosidad de fusión del material. Sin embargo, este nailon absorbe humedad, lo que supone un riesgo importante para la estabilidad dimensional de las piezas.
Poli(metacrilato de metilo) acrílico (PMMA)
Si conoce la marca de ventanas Plexiglas, esto demuestra el gran potencial del acrílico en el moldeo por inyección. Los niveles de transparencia óptica del PMMA son bastante altos, con una transmitancia de luz de aproximadamente el 92 %.
El PMMA se puede utilizar para prototipar gafas e incluso pantallas LCD y LED. El principal riesgo reside en su alta viscosidad, que incrementa los costes de moldeo.
Polipropileno (PP):
El PP es un material de moldeo por inyección de bajo costo para prototipos. Sus aplicaciones comunes incluyen juguetes, parachoques de automóviles y electrodomésticos. Entre sus ventajas destacan su alta resistencia a la fatiga y a los productos químicos, especialmente cuando se mezcla con fibras de vidrio y cargas minerales. Sin embargo, las piezas de PP son propensas a deformarse debido a su elevado coeficiente de dilatación térmica.
Otros materiales comunes para la inyección de prototipos que se pueden considerar incluyen:
- Caucho termoplástico: Bueno para prototipos automotor, bienes de consumo, y partes electronicasEs más fácil de procesar, pero es muy susceptible a las altas temperaturas.
- Termoplásticos: Fiables en la producción de piezas de protección contra impactos, calzado y juntas y sellos industriales. El TPU es resistente a los productos químicos, pero absorbe la humedad.
- Policarbonato: Ideal para la innovación de piezas de alta claridad óptica que soportan altas temperaturas. Las piezas de PC son irrompibles y fáciles de moldear. Sin embargo, presentan baja resistencia a la exposición química.
- Polioximetileno (POM): Excelente material para prototipar sistemas de engranajes, rodamientos y cintas transportadoras. El proceso de moldeo es sencillo y económico. Los prototipos de POM son resistentes a los productos químicos, pero no soportan altas temperaturas.
¿Por qué elegir Ezra Made para servicios de moldeo por inyección de prototipos?
En Ezra Made , hemos ayudado a muchas empresas a dominar la etapa de prototipado antes de la producción a gran escala. Nos integramos a su negocio y hacemos suyos sus objetivos. Entendemos que el prototipado no se trata solo de llegar al mercado más rápido, sino de producir piezas precisas que lo diferencien en el mercado.
A diferencia de otras empresas del mercado que utilizan soluciones estandarizadas, personalizamos nuestros flujos de trabajo según su diseño. Cada cliente cuenta con un equipo de ingenieros altamente experimentados que brindan asistencia en la revisión del diseño para la fabricación (DFM) y calibran los parámetros de procesamiento para lograr la máxima eficiencia en costos y resultados de alta calidad.
Le ayudaremos en la selección de materiales, aprovechando nuestra sólida red de proveedores globales. Realizaremos simulaciones para observar cómo varían la precisión geométrica y la estabilidad dimensional con diferentes materiales y parámetros de moldeo. Nuestro enfoque, centrado en la ingeniería, le evita los riesgos de costosos rediseños y retiradas de productos.
Los costos de Ezra Made son predecibles y accesibles para principiantes. No tenemos requisitos mínimos de pedido. Nuestro cumplimiento con los estándares de la industria y nuestros estrictos procesos de control de calidad garantizan prototipos listos para el mercado.
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Conclusión
La creación de prototipos es fundamental en la fabricación. Permite probar el rendimiento, la estética y la demanda del producto en un entorno real antes de aumentar la producción. En Ezra Made, ayudamos a las empresas a superar los desafíos más comunes de la creación de prototipos, como los altos costos, las demoras y las limitaciones de materiales. Contáctenos para obtener más información.
Preguntas Frecuentes
Sí, se pueden incorporar la mayoría de los colores y texturas superficiales básicas, aunque los acabados de alta gama suelen reservarse para los moldes de producción.
Los formatos CAD comunes, como STEP, IGES y STL, son ampliamente aceptados.
Es posible realizar cambios menores, pero las revisiones importantes suelen requerir un molde nuevo.
La mayoría de los moldes para prototipos son de aluminio para un mecanizado más rápido y un menor coste, mientras que los moldes de producción suelen ser de acero.
Sí, las piezas son lo suficientemente resistentes para la mayoría de las pruebas funcionales en situaciones reales.
